UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA PRÓ-REITORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CONSTRUÇÃO CIVIL

Transcrição

1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA PRÓ-REITORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CONSTRUÇÃO CIVIL INFLUÊNCIA DO TEOR DE ADITIVO AERANTE NAS PROPRIEDADES DAS ARGAMASSAS FLUIDAS À BASE DE CIMENTO Dissertação submetida à Universidade Federal de Santa Catarina como parte dos requisitos para a obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil. MAURO JOSÉ DE SOUZA ARAUJO Florianópolis 2005

2 ii INFLUÊNCIA DO TEOR DE ADITIVO AERANTE NAS PROPRIEDADES DAS ARGAMASSAS FLUIDAS Á BASE DE CIMENTO MAURO JOSÉ DE SOUZA ARAUJO Esta dissertação foi julgada para obtenção do título de MESTRE EM ENGENHARIA Especialidade ENGENHARIA CIVIL e aprovada em sua forma final pelo programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil Prof. Dr. Philippe Gleize (Orientador) Prof. PH.D Henriette Lebre La Rovere (Coordenadora do Curso) COMISSÃO EXAMINADORA PH.D Humberto Ramos Romam Dr. Ing. Janaide Cavalcante Rocha Dr. Wellington Longuini Repette

3 iii Ficha Catalográfica: ARAUJO, Mauro José de Souza Influência do teor de aditivos aerantes nas propriedades das Argamassas Fluidas à base de cimento. Florianópolis, UFSC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, xx, 113 p. Dissertação: Mestrado em Engenharia Civil (Construção Civil) Orientador: Prof. Dr. Philippe Gleize 1. Argamassas 2. Argamassas fluidas 3. Argamassas de cimento 4. Aditivo aerante 5. Aditivo incorporador de ar I. Universidade Federal de Santa Catarina II. Título

4 iv A mente que se abre a uma nova idéia jamais voltará ao seu tamanho original. Albert Einstein

5 v AGRADECIMENTOS A DEUS, por ter colocado em minha vida, pessoas tão maravilhosas. À minha saudosa mãe, in memorian, pelo eterno apoio à busca da ciência alicerçada na humildade do ser. Ao meu pai Frederico, por suas orações que sempre estiveram presentes em minha vida em forma de saúde, determinação, alegria e boas amizades. À minha querida esposa e companheira Claudia e aos meus filhos Marcelo, Marcio e Michelle Christine pelo carinho, compreensão e contínua colaboração na busca de novos caminhos. Ao Prof. Dr. Philippe Gleize pela orientação na composição do desenvolvimento do trabalho. À minha fiel e amiga engenheira Simone pela organização e auxílio nos trabalhos de revisão bibliográfica. Às minhas estagiárias, Flávia e Keila, pela extrema dedicação e qualidade no auxílio da pesquisa e trabalho de digitação. Aos colegas engenheiros José Wilson, Canova, Rubens e arquiteto Cássio que colaboraram no apoio científico através da demonstração de seus trabalhos acompanhados de uma forte dose de incentivo. A todos os colaboradores da empresa Controlnort que estiveram realizando os ensaios de caracterização física dos materiais e as misturas dos traços. Às empresas Lafarge e Chryso que enviaram os materiais para a confecção do estudo. Ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil da Universidade Federal de Santa Catarina, pela realização do mestrado. À Universidade Estadual de Maringá, em conjunto com FADEC/UEM e FEESC/UFSC, que lutaram para a idealização deste mestrado.

6 vi SUMÁRIO Lista de figuras... ix Lista de tabelas... xiii Lista de abreviaturas... xvi Lista de símbolos... xvii Resumo... xix Abstract... xx 1 INTRODUÇÃO Objetivos da pesquisa Objetivo geral Objetivos específicos Limitações da pesquisa Estrutura da dissertação REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Introdução Materiais constitutivos Cimento Portland Generalidades Tipos de cimento Caracterização físico-mecânica Agregado miúdo Generalidades Características da areias Caracterização física Água de amassamento Generalidades Aditivos Histórico Definições... 18

7 vii Classificação Ação dos aditivos Aditivo incorporador de ar Matérias-primas básicas dos incorporadores de ar Fatores que influenciam a ação do incorporador de ar Propriedades do aditivo incorporador de ar Mecanismo de ação dos aditivos incorporadores de ar Efeitos de superdosagem Argamassas fluidas Generalidades Trabalhabilidade Estudo da consistência Coesão e tixotropia Plasticidade Porosidade Permeabilidade Resistência à compressão / resistência à tração MATERIAIS E MÉTODOS Caracterização dos materiais empregados Cimento Portland Agregado miúdo Aditivo incorporador de ar Metodologia de produção das argamassas Ensaios no estado fresco Avaliação da trabalhabilidade Determinação da densidade de massa e do teor de ar incorporado Ensaios no estado endurecido Resistência à compressão Resistência à tração Modelo estatístico de avaliação APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS... 50

8 viii 4.1 Abatimento do tronco de cone Densidade de massa e teor de ar incorporado Resistência à compressão Resistência à tração CONCLUSÕES Conclusões Recomendações para futuras pesquisas REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXOS ANEXO A Caracterização dos materiais empregados no preparo das argamassas ANEXO B Certificado de calibração do anel dinamométrico ANEXO C Gráficos de probabilidade

9 ix LISTA DE FIGURAS FIGURA 1 Lançamento da argamassa fluida para preenchimento de vazio ocorrido abaixo da laje FIGURA 2 Vista geral de vala para alojamento de gasoduto FIGURA 3 Preenchimento de galeria de duto com argamassa fluida FIGURA 4 Vista parcial do preenchimento da galeria sendo executado FIGURA 5 Ação do aditivo incorporador de ar, com grupos polares hidrófilos e apolares acrófilos (BAUER,1985) FIGURA 6 Ação do tensoativo sobre as bolhas de ar (BAUER, 1985) FIGURA 7 Ação do tensoativo sobre as partículas de cimento ou de agregado muito fino (BAUER, 1985) FIGURA 8 Realização do ajuste inicial da consistência da argamassa, através do ensaio de abatimento do tronco de cone FIGURA 9 - Porcentagem de ar incorporado x tempo de mistura FIGURA 10 Realização do ensaio de abatimento do tronco de cone após a adição do aditivo FIGURA 11 Ensaio de determinação da massa específica da argamassa através do método gravimétrico FIGURA 12 Ensaio de determinação da resistência à compressão FIGURA 13 Ensaio de determinação da resistência à tração por compressão diametral. (a) Princípio do ensaio e (b) rompimento do corpo de prova... 45

10 x FIGURA 14 Abatimento nas argamassas confeccionadas com cimento CPII F 32, em função do percentual de aditivo calculado em relação à massa de cimento FIGURA 15 Abatimento nas argamassas confeccionadas com cimento CPV ARI RS, em função do percentual de aditivo calculado em relação à massa de cimento FIGURA 16 Gráfico das médias do abatimento nos dois níveis do fator cimento nos quatro níveis do fator teor de aditivo FIGURA 17 Teor de ar incorporado nas argamassas confeccionadas com cimento CPII F 32, em função do percentual de aditivo calculado em relação à massa de cimento FIGURA 18 Teor de ar incorporado nas argamassas confeccionadas com cimento CPV ARI RS, em função do percentual de aditivo calculado em relação à massa de cimento FIGURA 19 Gráfico das médias do teor de ar incorporado nos dois níveis do fator cimento nos quatro níveis do fator teor de aditivo FIGURA 20 Resistência à compressão nas argamassas confeccionadas com cimento CPII F 32, em função do percentual de aditivo calculado em relação à massa de cimento FIGURA 21 Resistência à compressão nas argamassas confeccionadas com cimento CPV ARI RS, em função do percentual de aditivo calculado em relação à massa de cimento FIGURA 22 Gráfico das médias da variável resistência à compressão nos dois níveis do fator cimento nos quatro níveis do fator teor de aditivo... 75

11 xi FIGURA 23 Gráfico das médias da variável resistência à compressão nos dois níveis do fator cimento nos cinco níveis do fator teor de agregado FIGURA 24 Gráfico das médias da variável resistência à compressão nos dois níveis do fator cimento nos cinco níveis do fator água-cimento FIGURA 25 Gráfico das médias da variável resistência à compressão nos níveis do fator teor de aditivo nos cinco níveis do fator teor de agregado FIGURA 26 (a) Gráfico das médias da resistência à compressão para os diferentes níveis do teor de aditivo nos níveis do teor de agregado para o cimento CPII F (b) Gráfico das médias da resistência à compressão para os diferentes níveis do teor de aditivo nos níveis do teor de agregado para o cimento CPV ARI RS FIGURA 27 Resistência à tração por compressão diametral nas argamassas confeccionadas com cimento CPII F 32, em função do percentual de aditivo calculado em relação à massa de cimento FIGURA 28 Resistência à tração por compressão diametral nas argamassas confeccionadas com cimento CPV ARI RS, em função do percentual de aditivo calculado em relação à massa de cimento FIGURA 29 Gráfico das médias da resistência à tração nos dois níveis do fator cimento nos quatro níveis do fator teor de aditivo FIGURA 30 Gráfico das médias da resistência à tração nos dois níveis do fator cimento nos cinco níveis do fator teor de agregado FIGURA 31 Gráfico das médias da resistência à tração nos quatro níveis do fator teor de aditivo nos cinco níveis do fator teor de agregado FIGURA 32 (a) Gráfico das médias da resistência à tração para os diferentes níveis do fator teor de aditivo nos níveis do fator teor agregado para o cimento CPII F 32 (b) Gráfico das médias da resistência à tração para os diferentes níveis do fator teor de aditivo nos níveis do fator teor de agregado para o cimento CPV ARI RS... 95

12 xii FIGURA B1 Certificado de calibração de anel dinamométrico FIGURA B2 Curva de aferição da prensa FIGURA C1 Gráfico de probabilidade normal para os resíduos do modelo de análise de variância para a variável abatimento FIGURA C2 Gráfico de probabilidade normal para os resíduos do modelo de análise de variância para a variável ar incorporado FIGURA C3 Gráfico de probabilidade normal para os resíduos do modelo de análise de variância para a variável resistência à compressão FIGURA C4 Gráfico de probabilidade normal para os resíduos do modelo de análise de variância para a variável resistência à tração por compressão diametral

13 xiii LISTA DE TABELAS TABELA 1 Níveis dos fatores para o experimento 2x4x TABELA 2 Nomenclatura e proporção dos traços pesquisados para o cimento CPII F TABELA 3 Nomenclatura e proporção dos traços pesquisados para o cimento CPV ARI RS TABELA 4 Resultados obtidos para argamassa no estado fresco, confeccionada com cimento CPII F 32. Abatimento do tronco de cone TABELA 5 Resultados obtidos para argamassa no estado fresco, confeccionada com cimento CPV ARI RS. Abatimento do tronco de cone TABELA 6 Análise da variância para o abatimento TABELA 7 Médias do abatimento nos diferentes níveis dos fatores TABELA 8 Médias do abatimento nos diferentes níveis do fator cimento para os níveis fixados do fator teor de aditivo TABELA 9 Resultados obtidos para as argamassas no estado fresco, confeccionadas com cimento CPII F 32. Densidade teórica, aparente e teor de ar incorporado TABELA 10 Resultados obtidos para as argamassas no estado fresco, confeccionadas com cimento CPV ARI RS. Densidade teórica, aparente e teor de ar incorporado TABELA 11 Análise da variância para o teor de ar incorporado... 66

14 xiv TABELA 12 Médias do teor de ar incorporado nos diferentes níveis dos fatores TABELA 13 Médias do teor de ar incorporado nos diferentes níveis do fator cimento para os níveis fixados do fator teor de aditivo TABELA 14 Resultados obtidos para as argamassas no estado endurecido, confeccionadas com cimento CPII F 32. Resistência à compressão TABELA 15 Resultados obtidos para as argamassas no estado endurecido, confeccionadas com cimento CPV ARI RS. Resistência à compressão. 71 TABELA 16 Análise da variância para a resistência à compressão TABELA 17 Médias da variável resistência à compressão nos diferentes níveis dos fatores TABELA 18 Médias da variável resistência à compressão nos diferentes níveis do fator cimento para os níveis fixados do fator teor de aditivo TABELA 19 Médias da variável resistência à compressão nos diferentes níveis do fator cimento para os níveis fixados do fator teor de agregado TABELA 20 Médias da variável resistência à compressão nos diferentes níveis do fator teor de aditivo para os níveis fixados do fator teor de agregado TABELA 21 Médias da variável resistência à compressão nos diferentes níveis do fator cimento para os níveis fixados do fator teor de agregado e do fator teor de aditivo TABELA 22 Resultados obtidos para as argamassas no estado endurecido, confeccionadas com cimento CPII F 32. Resistência à tração por compressão diametral... 84

15 xv TABELA 23 Resultados obtidos para as argamassas no estado endurecido, confeccionadas com cimento CPV ARI RS. Resistência à tração por compressão diametral TABELA 24 Análise da variância para a resistência à tração por compressão diametral. 88 TABELA 25 Médias da resistência à tração nos diferentes níveis dos fatores TABELA 26 Médias da resistência à tração nos diferentes níveis do fator cimento para os níveis fixados do fator teor de aditivo TABELA 27 Médias da resistência à tração nos diferentes níveis do fator cimento para os níveis fixados do fator teor de agregado TABELA 28 Médias da resistência à tração nos diferentes níveis do fator teor de aditivo para os níveis fixados do fator teor de agregado TABELA 29 Médias da resistência à tração nos diferentes níveis do fator cimento para os níveis fixados do fator teor de agregado e do fator teor de aditivo TABELA A1 Resultados dos ensaios de caracterização do cimento CPII F TABELA A2 Resultados dos ensaios de caracterização do cimento CPV ARI RS TABELA A3 Resultados dos ensaios de caracterização do agregado miúdo TABELA A4 Resultados dos ensaios de caracterização do aditivo incorporador de ar

16 xvi LISTA DE ABREVIATURAS a/c Relação água/cimento ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas ACI American Concrete Institute ASTM American Society for Testing and Materials BSI British Standards Institution CNU Coeficiente de não uniformidade EB Especificação Brasileira IPT Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo NBR Norma Brasileira Regulamentadora SAS Statistical Analysis System (programa estatístico utilizado no processamento dos dados) SU Sistema unificado

17 xvii LISTA DE SÍMBOLOS C 3 A Aluminato tricálcico C 3 S Silicato tricálcico Ca(OH) 2 Hidróxido de cálcio CO 2 Anidrido carbônico CaCO 3 Carbonato de cálcio CaO Óxido de cálcio CaO livre Óxido de cálcio livre Cl - Íon Cloreto C-S-H Silicato de cálcio hidratado MgO Óxido de magnésio Fe 2 O 3 Óxido de ferro Al 2 O 3 Óxido de alumínio SiO 2 Anidrido silício ou sílica SO 3 Anidrido sulfúrico RI Resíduo insolúvel PF Perda ao fogo # Número da malha da peneira, equivalente a uma dada abertura, em mm % Porcentagem m metro µm 10-6 m, micrômetro mm 10-3 m, milímetro cm 10-2 m, centímetro g grama Kg quilograma l litro, unidade de volume ml mililitros, unidade de volume cm 3 centímetros cúbicos, unidade de volume dm³ decímetro cúbico, unidade de volume cm 2 centímetros quadrados, unidade de área cm²/g centímetros quadrados por grama, unidade de finura Blaine

18 xviii g/cm³ grama por centímetro cúbico, unidade de densidade de massa kg/m³ quilograma por metro cúbico, unidade de densidade de massa e consumo de cimento kg/dm³ quilograma por decímetro cúbico, unidade de densidade de massa rpm rotações por minuto, unidade de velocidade de rotação s segundo, unidade de tempo min minuto, unidade de tempo ph potencial hidrogeniônico MPa 10 6 Pa, Mega Pascal Kgf/cm² quilograma força por centímetro quadrado, unidade de tensão KN 10 3 N, quilo Newton, unidade de força σ 2 - variância α - nível de significância, em porcentagem º C graus Celsius, unidade de temperatura

19 xix RESUMO Atualmente, devido à velocidade do processo das construções, a necessidade por produtividade e qualidade nos serviços e a preocupação com o meio ambiente, novos materiais vêm sendo desenvolvidos com o intuito de se preencher espaços vazios, como os deixados pelas escavações de valas de fundação, túneis, tanques de combustíveis e dutos de uma maneira geral. Um desses materiais que vêm sendo desenvolvidos consiste de argamassas fluidas, também conhecidas como CLSM Controlled Low Strength Material ou Terrenos Cimentícios de Densidade Controlada. São abordados nesta pesquisa, os efeitos provocados por diferentes dosagens de aditivo incorporador de ar em argamassas, confeccionadas com dois tipos de cimento em traços variados. Os quatro teores do aditivo que foram utilizados buscaram a definição de um teor ideal deste aditivo, proporcionando, assim, uma argamassa de boa qualidade. As propriedades avaliadas foram a consistência e o teor de ar incorporado, na argamassa em estado fresco, e as resistências à compressão e à tração, na argamassa em estado endurecido. Para caracterizar a influência do teor de aditivo, foram confeccionadas argamassas com relação agregado/aglomerante iguais a 6, 10, 14, 18, 22 e porcentagens de aditivo 1,5%, 3,0%, 4,5% e 6,0% em relação ao peso do cimento, empregando os cimentos CPII F 32 e CPV ARI RS. Nos ensaios no estado fresco, as argamassas apresentaram significativa fluidez e incorporação de ar quando comparadas com argamassa sem aditivo. No entanto, o aumento do teor de aditivo não alterou de maneira significante a quantidade de ar incorporado. No estado endurecido, após a inclusão do aditivo as argamassas apresentaram um decréscimo significativo da resistência à compressão e da resistência à tração. Para relações agregado/aglomerante superiores a 10, aumentos no teor de aditivo não exerceram influência nas propriedades analisadas das argamassas.

20 xx ABSTRACT Nowadays, due to the speed of the process of buildings, the necessity of productivity and quality on the services and the concern about the envirorment, materials for the filling of empty spaces, such as the ones lefts by excavation of ditches, tunnels, tanks of fuel and pipes in general has been developed. One of this materials consist of fluid mortars, also called CLSM Controlled Low Strength Material or flowable fill. This work presents the effect caused by different dosages of air entraining admixture in mortars made with two types of cements. The four air entraining admixture s ratio were used to define an ideal amount of this admixture that could result in a mortar with good qualities. The evaluated properties were the entrained air content and consistency, in the fresh mortar, and the compressive and tensile strength, in the hardened mortar. For this purpose, fifty different mortars were produced, using aggregate/binder ratio 6, 10, 14, 18, 22 and percentages of admixture 1,5%, 3,0%, 4,5% and 6,0% in relation to the weight of the cement. The effect of the kind of cement on the behavior of mortars was also analyzed. Two types of cement were used, CPII F 32 and CPV ARI RS. Fresh mortars showed a significant flowability and air incorporation when compared with mortar without admixture. However, the increase of the admixture ratio did not modify in a considerable way the amount of entrained air significantly. In the hardened state, after the admixture addition, the mortars presented a significant decrease of the compressive and tensile strength. For aggregate/binder ratio higher than 10, an increase of admixture ratio didn't have no effect on mortars properties.

21 1 1. INTRODUÇÃO Tem-se acompanhado nos últimos anos as intensas transformações na cadeia produtiva do país. A construção civil, não diferente dos demais setores, tem buscado novas alternativas tecnológicas a fim de aumentar sua produtividade e sua qualidade. Muitas vezes, os construtores se deparam com situações que dificultam a produtividade dos seus serviços, tais como o preenchimento de vazios deixados pelas escavações de valas de fundação, túneis, tanques de combustível, dutos de uma maneira geral, redes telefônicas, ou ainda originados por situações acidentais, como erosões devidas a fortes vazamentos de água. As figuras 1 a 4 ilustram alguns campos de aplicação da argamassa fluida. FIGURA 1 Lançamento da argamassa fluida para preenchimento de vazio ocorrido abaixo da laje. FIGURA 2 Vista geral de vala para alojamento de gasoduto.

22 2 FIGURA 3 Preenchimento de galeria de duto com argamassa fluida. FIGURA 4 Vista parcial do preenchimento da galeria sendo executado. Desta forma, o emprego de argamassas fluidas tem se mostrado como uma nova tecnologia a ser adotada para trabalhos de preenchimento de vazios, em especial nas regiões de difícil acesso, permitindo situações mais práticas em relação às tradicionais, com ganhos significativos de qualidade, produtividade e desempenho. Somam-se a esses benefícios, menores incômodos no tocante ao fator limpeza, como por exemplo valas de redes públicas que precisam estocar os materiais e recolocá-los seguindo prescrições técnicas, tais como umidade e energia de compactação.

23 3 Nasce aí a necessidade de dominar o conhecimento desta nova tecnologia, que consiste na confecção de argamassas de cimento e areia, aditivadas com produtos químicos classificados como incorporadores de ar. Trata-se de um produto que, colocado em pequenas quantidades na argamassa, torna-a fluida em um determinado tempo, oferecendo propriedades auto adensáveis, de forma a dispensar o uso de vibradores. O estudo das suas propriedades permitirá aos engenheiros construtores optar pelo melhor traço, visando atingir as características do material a ser substituído, em função da sua solicitação. 1.1 Objetivos da pesquisa Objetivo Geral O objetivo deste trabalho é avaliar o efeito da adição de aditivo incorporador de ar nas propriedades físicas e mecânicas das argamassas confeccionadas com cimento e areia, no estado fresco e endurecido, visando a sua utilização em preenchimento de vazios, em especial em regiões de difícil acesso Objetivos Específicos Determinar o abatimento da argamassa após a inclusão de diferentes teores de aditivo; Determinar a porcentagem de ar incorporado das argamassas aeradas no estado fresco, para os diferentes teores de aditivo; Avaliar o comportamento mecânico das argamassas quanto à resistência à compressão, utilizando dois tipos de cimento diferentes, além de cinco teores de agregado e quatro teores de aditivo; Avaliar a resistência à tração das argamassas, pelo método da compressão diametral.

24 4 1.2 Limitações da pesquisa Considerando que as argamassas em estudo destinam-se a serviços de terraplenagem e pavimentação, especialmente o preenchimento de vazios, e que para tais serviços não são exigidas resistências à compressão elevadas, adotou-se um intervalo de traço em peso, variando de 1:6 a 1:22 (cimento:agregado). Em relação à quantidade de aditivo, as recomendações apresentadas no catálogo do fabricante indicam valores que giram em torno de 1,5% com relação ao peso de cimento. No entanto, é tema principal desse trabalho avaliar a influência dos incrementos percentuais do aditivo nas características físicas da argamassa. Desta forma, foram dosadas argamassas sem aditivo e com teores de aditivos iguais a 1,5%, 3,0%, 4,5% e 6,0% sobre o consumo de cimento. Com o intuito de avaliar a influência do tipo de cimento no desempenho da argamassa, foram estudadas duas famílias distintas, denominadas 1 e 2, com os cimentos CPII F 32 e CPV ARI RS, respectivamente. Ambas as famílias compreenderam uma matriz de 5 x 5 (teor de agregado x teor de aditivo), resultando em um total de 25 traços cada. Foram confeccionados traços em peso, com quantidades de agregado variando de 6, 10, 14, 18 e 22 Kg, para 1 Kg de cimento, sendo que as cinco primeiras argamassas de cada traço, denominadas de argamassa de referência não foram incrementadas com aditivo. Para as demais foram realizadas dosagens com incrementos de aditivo em proporções de 1,5%, 3,0%, 4,5% e 6,0% sobre o consumo de cimento.

25 5 1.3 Estrutura da dissertação Após uma breve introdução, na qual estão apresentados os objetivos da pesquisa, no Capítulo 2 é feita uma revisão bibliográfica, abordando as características dos materiais constitutivos da argamassa fluida, ou seja, o cimento Portland, o agregado miúdo e o aditivo. Trata-se também das principais propriedades da argamassa fluida, tanto no estado fresco como no estado endurecido. No Capítulo 3 é descrita a metodologia do estudo experimental, incluindo a caracterização dos materiais empregados, procedimentos adotados para a confecção das argamassas fluidas e as normas utilizadas para a realização dos ensaios de laboratório. No Capítulo 4 são apresentados os resultados dos ensaios realizados no estado fresco, ou seja, a consistência através do abatimento do tronco de cone, a densidade de massa e o teor de ar incorporado. Neste capítulo são também apresentados os resultados de resistência mecânica, isto é, resistência à compressão e resistência à tração por compressão diametral. A análise estatística dos resultados obtidos, avaliando a influência do teor de aditivo nas propriedades da argamassa tanto no estado fresco como no estado endurecido também é feita neste capítulo. No Capítulo 5 são apresentadas as considerações finais, incluindo as conclusões obtidas nessa pesquisa. Neste capítulo, também são feitas recomendações para outras pesquisas, considerando algumas limitações desse trabalho em virtude da diversidade de fatores influentes e da necessidade de limitá-los.

26 6 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1 Introdução Uma vez que o presente trabalho contempla aspectos sobre o comportamento e propriedades de argamassas fluidas para utilização como enchimentos ou regularização e reforço de subleitos, é oportuno apresentar inicialmente, de maneira sucinta, algumas definições e características acerca das argamassas e de seus materiais constitutivos. A argamassa é um dos materiais mais importantes da Engenharia Civil. É fruto da mistura íntima e proporcionada de uma pasta de aglomerante com agregado miúdo e, em alguns casos, aditivos, sendo que as propriedades da mesma dependem da qualidade e da quantidade de cada um destes componentes. As argamassas têm largas aplicações, dentre elas cita-se a utilização em estruturas, revestimentos, pavimentos, paredes, canalizações, fundações, enchimentos, etc. 2.2 Materiais Constitutivos Cimento Portland Generalidades Dentre os compostos da argamassa, o cimento Portland é o principal deles, promovendo a união entre os grãos do agregado, devido às suas propriedades aglomerantes (adesivas e coesivas). Ademais, controla resistência, permeabilidade e durabilidade da mistura. O cimento tem ainda uma grande influência na coloração da argamassa (BAUER, 1995).

27 7 Trata-se de um pó fino constituído por uma mistura de gesso e clínquer, este formado por silicatos e aluminatos de cálcio. É um aglomerante hidráulico. Depois de endurecido, mesmo que seja novamente submetido à ação da água, não se decompõe mais Tipos de Cimento Há vários tipos de cimento utilizados correntemente no Brasil, com características físicas e químicas diferentes entre si, principalmente em função de sua composição. Entre os principais tipos, destacam-se: Cimento Portland Comum (CP I e CP I-S) - NBR 5732 Utilizado quando não são requeridas as propriedades especiais especificadas para qualquer um dos outros tipos. Cimento Portland Composto (CP II) NBR Os cimentos compostos podem ser CP II-E (com escória), CP II-F (com filler) e CP II-Z (com pozolana). O desenvolvimento dos cimentos Portland compostos e o crescimento de sua produção foram impulsionados em vários países da Europa e da Ásia como um resultado da economia potencial de energia. Segundo AÏTCIN (2000), devido ao elevado custo do cimento, a substituição de uma parte deste material por subprodutos industriais (escória, cinza volante), materiais inertes (fillers calcários) e produtos naturais moídos (pozolanas naturais e argila calcinada) torna-se uma opção economicamente e ecologicamente atraente. Há que se dizer que tais materiais cimentícios suplementares possuem menor velocidade de hidratação. Reagem lentamente com os produtos de hidratação do cimento Portland e, nas primeiras horas após a mistura, praticamente não reagem. No caso de pozolanas tais como cinzas volantes, o tempo de reação pode durar semanas. Cimento Portland de Alto-Forno (CP III) - NBR 5735 É obtido pela moagem de escória granulada de alto-forno juntamente com o clínquer de cimento

28 8 Portland e a gipsita. A escória é um resíduo de fabricação de ferro gusa, obtido em quantidade aproximadamente igual àquela do ferro gusa produzido. O cimento de alto-forno demanda um consumo de energia relativamente baixo no processo de sua fabricação. NEVILLE (1982) cita que devido à, relativamente, alta resistência aos sulfatos, o cimento Portland de alto-forno é usado com freqüência em obras marítimas. Cimento Portland Pozolânico (CP IV) - NBR 5736 O cimento pozolânico é obtido pela moagem conjunta ou mistura de cimento Portland e pozolana. NEVILLE (1982) define as pozolanas como materiais naturais ou artificiais que contêm sílica em forma reativa. A ASTM C descreve as pozolanas como materiais silicosos ou silico-aluminosos que têm pouca ou nenhuma capacidade cimentante intrínseca, mas que, finamente pulverizadas e, na presença de umidade, formam produtos com capacidade cimentante. Dentre os materiais pozolânicos mais comuns cita-se a cinza vulcânica, a pumicita, as calcedônias, as opalas, as terras diatomáceas calcinadas, as argilas calcinadas, as cinzas volantes, etc. Ainda segundo NEVILLE (1982), não é possível fazer uma afirmativa geral sobre os cimentos Portland pozolânicos porque a velocidade de endurecimento depende da atividade da pozolana e da proporção de cimento Portland. No entanto, em geral, os cimentos Portland pozolânicos mostram um aumento de resistência muito lento e exigem, portanto, cura durante um período relativamente mais longo, mas a resistência final é, aproximadamente, igual a do cimento Portland comum sem adição. Devido à hidratação lenta, apresentam baixa velocidade de desprendimento de calor. Os cimentos pozolânicos apresentam ainda boa resistência aos sulfatos e outros agentes agressivos, e possibilitam ainda a redução da permeabilidade da argamassa. Cimento Portland de Alta Resistência Inicial (CP V-ARI) - NBR 5733 Permite obter resistência elevada, em curto período de tempo, geralmente uma semana ou menos. É um cimento que possui uma maior finura Blaine em relação aos cimentos comuns.

29 9 Cimento Portland Resistente aos Sulfatos (RS) - NBR 5737 Trata-se de um tipo de cimento capaz de combater o ataque por sulfatos, vindos do exterior do concreto ou da argamassa. Segundo NEVILLE (1982), os sais mais particularmente ativos são os sulfatos de sódio e de magnésio. O cimento Portland resistente a sulfatos possui baixo teor de C 3 A e alto teor de silicatos. CÁNOVAS (1988) cita que os cimentos com adições inertes, como por exemplo o carbonato de cálcio, moídos na mesma finura, caracterizam-se por ter um endurecimento mais lento que os cimentos puros, devendo ser considerada essa circunstância na hora de dosar a mistura, pela repercussão que possa ter, tanto na quantidade de cimento a ser empregado, quanto na quantidade de água a ser utilizada. Acrescentando-se mais cimento para que a quantidade de aglomerante hidráulico corresponda à nominal, estarão sendo introduzidos finos com suas inevitáveis conseqüências (em especial a diminuição da resistência pelo adicional de água exigido a fim de manter a mesma trabalhabilidade). Empregando-se uma relação água/cimento fixa, como o cimento contém adições, a relação efetiva água/aglomerante será maior, com a conseqüente repercussão nas resistências mecânicas. Parte da quantidade da água de amassamento que excede à de hidratação, não é consumida na formação de compostos secundários, como acontece quando as adições são hidraulicamente ativas, mas fica livre, originando misturas pouco compactas e porosas com os conseqüentes efeitos nocivos sobre sua durabilidade. Nesta pesquisa, considerando-se os aspectos fluidificantes do aditivo utilizado, podemos dizer que, segundo AÏTCIN (2000), não existe uma teoria clara e aceita para explicar em todos os pormenores a ação desses aditivos sobre as partículas do cimento durante a mistura do concreto e hidratação do cimento Portland. Dessa forma, não é possível a definição de um tipo de cimento ideal para a utilização nas argamassas fluídas que serão empregadas nas obras de preenchimento de vazios.

30 Caracterização Físico-mecânica Os principais ensaios físico-mecânicos de caracterização do cimento são: resistência à compressão, tempos de início e fim de pega e finura. Resistência à Compressão NEVILLE (1982) cita que a resistência mecânica do cimento endurecido é a propriedade do material talvez mais necessária para uso estrutural. A resistência da argamassa depende da coesão da pasta de cimento, de sua aderência às partículas do agregado, e até certo ponto, da resistência do próprio agregado. Levando-se em consideração que a reatividade com a água dos compostos individuais do cimento Portland varia consideravelmente, MEHTA e MONTEIRO (1994) afirmam que é possível modificar as características de desenvolvimento da resistência dos cimentos simplesmente alterando as proporções destes compostos. A resistência mecânica é determinada através da moldagem de corpos de prova cilíndricos de uma argamassa de cimento e areia normalizada, com proporções determinadas e preparada com materiais especificados. Os corpos de prova são ensaiados a várias idades, por compressão axial simples. NEVILLE (1982) expõe que a relação entre as resistências à compressão do cimento e da argamassa é linear. Tempos de Pega NEVILLE (1982) refere-se à pega como sendo uma mudança de estado fluido para estado rígido, provocada pela hidratação seletiva dos compostos de cimento, em especial o C 3 A e o C 3 S. MEHTA e MONTEIRO (1994) definem que o termo pega implica na solidificação da pasta plástica de cimento. Ainda segundo os autores, o começo da solidificação, chamado início de pega, marca o ponto no tempo em que a pasta se torna não trabalhável. No entanto, a pasta não se solidifica repentinamente; necessita de um tempo considerável para

31 11 tornar-se totalmente rígida. O tempo necessário para solidificar completamente marca o tempo de fim de pega. Os tempos de início e fim de pega são quase universalmente determinados pelo aparelho de Vicat. NEVILLE (1982) ressalta ainda que é conveniente distinguir pega de endurecimento, termo este que designa o aumento de resistência de uma pasta de cimento depois da pega. O endurecimento pode ser explicado pelo preenchimento dos poros capilares pelos produtos de hidratação do cimento. A principal fonte de resistência nos produtos sólidos da pasta é a existência de forças de atração de Van der Waals (MEHTA e MONTEIRO, 1994). A adesão entre duas superfícies sólidas pode ser atribuída a estas forças de natureza física, sendo o grau de ação aderente dependente da extensão e natureza das superfícies envolvidas. Os pequenos cristais de C-S-H, de sulfoaluminatos de cálcio hidratados e de aluminatos de cálcio hidratados hexagonais possuem área específica e capacidade de adesão elevadas. Estes produtos de hidratação do cimento Portland tendem a aderir fortemente, não somente uns aos outros, mas também a sólidos de área específica baixa, tais como o hidróxido de cálcio, grãos de clínquer anidro, e partículas de agregado miúdo e graúdo. O processo de pega é acompanhado por mudanças de temperatura na pasta de cimento; o início da pega corresponde a uma rápida elevação da temperatura, e o fim da pega ao pico da temperatura (NEVILLE, 1982). Ainda segundo o autor, além da rapidez de formação de produtos cristalinos, a formação de películas em torno dos grãos de cimento e o desenvolvimento de uma coagulação mútua dos componentes da pasta também foram sugeridos como fatores de evolução da pega. Finura Segundo NEVILLE (1982), a finura é uma propriedade fundamental do cimento e tem que ser controlada com cuidado. A finura do cimento influencia a sua reação com a água. Geralmente quanto mais fino o cimento, mais rápido ele reagirá. Para uma dada composição, a taxa de reatividade e, portanto, de desenvolvimento da resistência, pode ser aumentada através de uma moagem mais fina do cimento; porém, o custo da moagem e o calor liberado na hidratação

32 12 estabelecem alguns limites para a finura. Também há que se acrescentar que quanto mais fino o cimento, mais rapidamente se deteriora por exposição ao ar (NEVILLE, 1982). Ainda segundo NEVILLE (1982), cimentos mais finos acarretam retrações mais elevadas e grande tendência à fissuração. No entanto, um cimento mais fino apresenta menor exsudação. Salienta-se ainda que um aumento da finura do cimento aumenta ligeiramente a trabalhabilidade da mistura quando mantida a consistência padrão (NEVILLE, 1982) Agregado Miúdo Generalidades Por ocuparem o maior volume da mistura, o conhecimento das características do agregado miúdo empregado bem como do papel desempenhado pelo mesmo na argamassa é de grande importância. O agregado miúdo é distribuído na pasta de cimento principalmente por razões de economia, uma vez que apresenta custo inferior ao custo do cimento. Além deste fator, as areias conferem ainda características técnicas vantajosas em relação à pasta de cimento pura, entre as quais aumento da trabalhabilidade (pelo formato dos grãos) e aumento da estabilidade dimensional, resistência e durabilidade (por se tratar de uma mistura mais densa). BAUER (1995) cita que a retração da argamassa se deve à pasta de cimento, então quanto maior o consumo de agregados menor será a retração e, conseqüentemente, menor a probabilidade de fissuração e maior a durabilidade do material aplicado Características das Areias O formato e a textura dos grãos de areia tem muita importância no seu comportamento mecânico, pois determinam como eles se encaixam e se entrosam, e, em contrapartida, como eles

33 13 deslizam entre si, quando solicitados por forças externas. Chama-se de mobilidade a facilidade com que as partículas se movem umas sobre as outras quando manipuladas (SCANDIUZZI e ANDRIOLO, 1986). A forma arredondada das areias naturais permite a obtenção de argamassas mais econômicas, uma vez que requerem menos pasta de cimento para produzirem misturas trabalháveis, por possuírem menor área específica. Assim, quanto mais arredondadas as partículas, melhor a trabalhabilidade da mistura fresca exigindo menos água de amassamento, e portanto, permitindo a obtenção de resistências mais elevadas (BAUER, 1995). Agregados bem graduados, ou seja, com existência de grãos de diversos diâmetros, possibilitam o emprego de maior quantidade desse material em um determinado volume de argamassa, conferindo um melhor comportamento à mesma. Isto porque as partículas menores ocupam os vazios correspondentes às maiores, criando um entrosamento, do qual resulta menor compressibilidade e maior resistência (PINTO, 1986). De acordo com o mesmo autor, a indicação de tal característica é dada pelo coeficiente de não uniformidade (CNU = D60/D10). O CNU expressa a amplitude do tamanho dos grãos. Quanto maior o coeficiente de não uniformidade, mais bem graduada é a areia Caracterização Física O conhecimento das características dos agregados miúdos determinadas através da realização dos ensaios de composição granulométrica, teor de umidade, inchamento, massa específica e massa unitária são uma exigência para a dosagem das argamassas. Ademais, a realização de ensaios de caracterização do tipo determinação do teor de materiais pulverulentos, teor de argila e partículas friáveis e impurezas orgânicas são importantes para a obtenção de índices de qualidade do agregado empregado na produção das argamassas.

34 14 Composição Granulométrica A granulometria de cada agregado deve ser conhecida e controlada, pois exerce uma influência muito importante sobre a qualidade das argamassas, especialmente sobre a compacidade, a resistência aos esforços mecânicos e a aparência. MEHTA e MONTEIRO (1994) citam que há várias razões para a especificação de limites granulométricos e da dimensão máxima dos agregados, sendo a mais importante a sua influência na trabalhabilidade e custo. Por exemplo, areias muito grossas produzem misturas ásperas e não trabalháveis, e areias muito finas aumentam o consumo de água (portanto, o consumo de cimento para uma dada relação água/cimento) e são antieconômicas; agregados que não têm uma grande deficiência ou excesso de qualquer tamanho de partícula, em especial, produzem as misturas mais trabalháveis e econômicas. Conforme citado por BAUER (1995), a granulometria uniforme, geralmente, apresenta um volume de vazios maior, exigindo maiores quantidades de pasta e argamassa. A granulometria contínua corresponde à granulometria ótima, a qual para uma mesma consistência e mesma relação água/cimento, fornece um consumo mínimo de cimento. Teor de Umidade / Inchamento O teor de umidade deve ser considerado na determinação das quantidades de componentes para preparo da argamassa, diminuindo-se da água a ser adicionada a quantidade de umidade do agregado (NEVILLE, 1982). A respeito do inchamento, trata-se de um fenômeno que gera um aumento considerável do volume aparente da areia, uma vez que a tensão superficial da água mantém as partículas afastadas. Massa Específica / Massa Unitária A massa unitária é utilizada para converter quantidades expressas em massa em quantidades expressas em volume e vice-versa, bem como para cálculo do consumo do material empregado por metro cúbico de argamassa.

35 15 SCANDIUZZI e ANDRIOLO (1986) citam que a massa unitária varia na razão inversa dos vazios de um determinado volume de materiais. Os vazios são afetados pela forma, distribuição de tamanhos e arranjo ou compactação das partículas. Assim, agregados arredondados têm vazios menores entre as partículas que os agregados angulosos; agregados graduados em diversos tamanhos têm menos vazios que aqueles de tamanho único de partículas; agregados compactados têm melhor arranjo entre as partículas e, conseqüentemente um menor volume de vazios. Substâncias Nocivas O conhecimento da quantidade de substâncias deletérias presentes nos agregados é de fundamental importância para evitar prejuízos à resistência, trabalhabilidade, pega, endurecimento e características de durabilidade e estética da argamassa. - Materiais Pulverulentos A presença de materiais pulverulentos acima dos limites estabelecidos em norma afeta a trabalhabilidade da argamassa e aumenta o consumo de água. Segundo CÁNOVAS (1988), o excesso de finos é prejudicial à mistura. Ainda segundo CÁNOVAS (1988), aumentando a quantidade de água de que necessitam as misturas com finos, são originados efeitos patológicos devido à maior retração e maior porosidade, o que pode acelerar a sua destruição, caso o ambiente seja agressivo. - Teor de Argila e Partículas Friáveis A avaliação do teor de argila e partículas friáveis no agregado auxilia na verificação da durabilidade do mesmo, visto que indica a relativa resistência do agregado a produzir finos argilosos, quando submetido a um processo de degradação (SCANDIUZZI e ANDRIOLO, 1986). Torrões de argila e partículas friáveis, da mesma forma como os materiais pulverulentos, afetam a trabalhabilidade da mistura. Ademais, prejudicam a aderência entre o agregado e a pasta de cimento.

36 16 Segundo NEVILLE (1982), partículas quimicamente estáveis não têm nenhum efeito nocivo; no entanto os fenômenos de retração podem ser intensificados. Já as partículas quimicamente ativas podem causar sérios problemas. - Impurezas Orgânicas A presença de matéria orgânica na areia da argamassa interfere nas reações químicas de hidratação do cimento (NEVILLE, 1982). Geralmente são produtos da decomposição de vegetais, principalmente ácido tânico e derivados. Aparecem sob a forma de húmus e argila orgânica. BAUER (1985), cita que a cor escura da areia é indício de matéria-orgânica Água de Amassamento Generalidades A água de amassamento possui duas funções essenciais: a de conferir mobilidade às argamassas, possibilitando que a mistura seja trabalhável e a de combinar-se quimicamente com o aglomerante quando das reações de hidratação, proporcionando endurecimento e resistência à argamassa. Ao ser misturada com o aglomerante, a água possibilita a formação de uma pasta que endurece por reações químicas imediatas, para gerar compostos que podem ter elevada resistência mecânica a médio e longo prazo e resistência à ação da água (SELMO, 1989). A hidratação começa tão logo o cimento Portland entra em contato com a água, porque, de um lado, alguns dos componentes do cimento são muito reativos e, de outro, porque o cimento contém partículas muito finas e, dessa forma, uma grande superfície das fases reativas está em contato com a água (AÏTCIN, 2000). A pasta de cimento basicamente produz um gel cimentício resistente (C-S-H) e hidróxido de cálcio (Ca(OH) 2 ), que com o tempo sofre reação com o CO 2 do ar e se transforma em CaCO 3 (carbonatação).

37 17 A água a ser utilizada na produção das argamassas deve ser livre de impurezas que afetam a reação com o cimento. O efeito das impurezas na água depende da natureza e do teor das substâncias encontradas, tais como sais, óleos, ácidos e matéria orgânica, podendo vir a comprometer a estabilidade e resistência da mistura. SCANDIUZZI e ANDRIOLO (1986) comentam que a melhor maneira de medir a qualidade da água é por meio de ensaios comparativos de resistência da argamassa, na idade de 28 dias. No entanto, os maiores problemas no tocante à água são relacionados com o emprego da mesma em excesso. Excessos de água provocam diminuição da resistência mecânica. Segundo BAUER (1995), uma grande variabilidade no teor de água gera grandes dispersões na resistência e na coloração do concreto Aditivos Histórico COLLEPARDI et al. (1983) comentam que o emprego de aditivos na construção civil data de alguns milênios. Sabe-se que os romanos e egípcios empregavam albumina, alcatrões e até sangue de efeitos plastificante e incorporador de ar para melhoria das características dos conglomerados da época. Este mesmo autor ainda diz que a partir da fabricação do cimento Portland, iniciada na segunda metade do século XIX, várias substâncias foram sendo utilizadas como aditivo de pastas, argamassas e concretos de cimento Portland. Uma dessas substâncias foi, e ainda é o gesso. Este é adicionado ao clínquer, no sentido de regular o seu tempo de pega. Cerca de dez anos após a descoberta do cimento Portland, descobriu-se também o efeito dos cloretos como aceleradores do endurecimento da pasta. (COLLEPARDI, 1983)

38 18 Já na década de 30 foi, por acaso, descoberto nos Estados Unidos, o efeito dos aditivos incorporadores de ar, que agem no concreto através minúsculas bolhas elásticas. De lá para cá, muitos outros aditivos têm sido descobertos e empregados Definições A ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT NBR 13529) 1995 designou o termo aditivo como produto adicionado à argamassa ou concreto em pequena quantidade, com a finalidade de melhorar uma ou mais propriedades, no estado fresco ou endurecido. A AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS (ASTM C 125) 1992 definiu aditivo como material outro que não água, agregado ou cimento, empregado como ingrediente do concreto ou da argamassa, adicionado a estes antes ou durante a mistura. BAUER (1985) define como aditivo todo produto não indispensável à composição e à finalidade do concreto, que, colocado na betoneira imediatamente antes ou durante a mistura do concreto, em quantidades geralmente pequenas e bem homogeneizado, faz aparecer ou reforça certas características Classificação A classificação dos aditivos é baseada nos efeitos de seu emprego. A ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT NBR EB 1763/92) classifica como: Aditivo plastificante (Tipo P): produto que aumenta o índice de consistência do concreto ou argamassa, mantida a quantidade de água de amassamento, ou que possibilita a redução de, no mínimo, 6% da quantidade de água de amassamento para produzir concreto com determinada consistência.

39 19 Aditivo retardador (Tipo R): produto que aumenta os tempos de início e fim de pega do concreto ou argamassa. Aditivo acelerador (Tipo A): produto que diminui os tempos de início e fim de pega do concreto ou argamassa, bem como acelera o desenvolvimento das suas resistências iniciais. Aditivo plastificante-retardador (Tipo PR): produto que combina os efeitos dos aditivos plastificante e retardador. Aditivo plastificante-acelerador (Tipo PA): produto que combina os efeitos dos aditivos plastificante e acelerador. Aditivo incorporador de ar (Tipo IAR): produto que incorpora pequenas bolhas de ar ao concreto ou argamassa. Aditivo superplastificante (Tipo SP): produto que aumenta sensivelmente o índice de consistência do concreto ou argamassa, mantida a quantidade de água de amassamento, ou que possibilita a redução de, no mínimo, 12% da quantidade de água de amassamento, para produzir concreto ou argamassa com determinada consistência. Aditivo superplastificante-retardador (Tipo SPR): produto que combina os efeitos dos aditivos superplastificante e retardador. Aditivo superplastificante-acelerador (Tipo SPA): produto que combina os efeitos dos aditivos superplastificante e acelerador Ação dos Aditivos COLLEPARDI (1980) cita que, no que diz respeito à classificação dos aditivos, resta assinalar uma distinção entre a ação química e física que os aditivos desenvolveriam no concreto ou na argamassa. O mesmo autor cita ainda que os aditivos aceleradores e retardadores, que, respectivamente aceleram e retardam a reação entre a água e o cimento, poderiam ser incluídos entre os que desenvolvem uma ação predominantemente química. Os aditivos incorporadores de ar, impermeabilizantes, plastificantes e superfluidificantes, ao contrário, agem através de um mecanismo predominantemente físico, com alguma função secundária eventual de natureza química para os dois últimos, os plastificantes e os superfluidificantes.